專利名稱：相位信息讀取方法及其三維形貌測量系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種相位信息取得技術，尤其是指一種利用可貼近具有相位信息的頻 譜區(qū)域外形的中通濾波器以濾取還原相位所需的相位信息的一種相位信息讀取方法及其 三維形貌測量系統(tǒng)。
背景技術：
隨著科技的日新月異和工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，對表面輪廓、幾何尺寸、粗糙度 、自由曲 面的測量越來越重要，精度的要求也越來越高，但是目前重要的線上測量問題，易受環(huán)境擾 動的影響而產(chǎn)生測量誤差。所以具有三維形貌測量及即時測量能力的技術日趨重要。例如在美國公開申請案US. Pat. No. 4，768，881所揭露的一種應用于傅立葉轉(zhuǎn) 換三維形貌測量技術，其是利用干涉條紋投射至待測物上，再通過影像讀取單元讀取其 影像，所述技術是使用方形的影像選取器將方形外的空間影像信息濾除，接著轉(zhuǎn)到頻域 執(zhí)行中通濾波的部分，得到其相位信息進而重建物體的三維形貌。此外，另一現(xiàn)有技術 如 Cedric Breluzeau 等人提出的“Automatedfringe-pattern extrapolation for patterned surface profiling byinterference microscopy with Fourier transform analysis, “ Proceedingsof SPIE，vol. 5858，2005，其是利用一可調(diào)式中通濾波器，設定 相關閥值來達到最佳的濾波效果，避免引入三維重建的測量誤差。在所述技術中，雖有揭露 不同形狀的濾波器，但所述濾波器的形狀僅涵蓋相位頻譜信號較強的鄰近頻譜區(qū)域，并非 涵蓋全部具有相位信息的頻譜區(qū)域，因此所還原的表面形貌的結果恐有真實形貌重建失真 的問題出現(xiàn)，尤其對于具有銳角的物體形貌而言，所述問題更易出現(xiàn)，進而影響三維影像測 量的結果。不過前述技術雖然在頻譜影像中利用中通濾波器讀取頻譜影像中關于相位信息 的區(qū)域以利進行演算，進而還原待測物影像。然而，現(xiàn)有的二維翰林(2-D Hanning filter) 或者圓形(circular)中通濾波器，其所讀取到的頻譜影像范圍并無法完整涵蓋關于待測 物相位信息的區(qū)域，因此在后續(xù)的還原運算以重建待測物表面形貌的結果，即會與待測物 實際的形貌特征(尺寸或形狀)有所差異，進而影響檢測的結果。如圖IA至圖IG所示，所 述圖為現(xiàn)有的利用圓形濾波器對球形待測物進行表面形貌還原的各階段影像圖。其中，圖 IA為對球形待測物投射具有條紋結構光所讀取空間域(spatial domain)的影像。圖IB 為對圖IA的影像進行傅利葉轉(zhuǎn)換所得到頻域(frequency domain)的頻譜影像。然后在圖 IB的影像對應正一階或負一階頻譜的區(qū)域，利用一圓形中通濾波器(如圖IC所示)濾得 一頻譜信息。然后對所述頻譜信息進行傅立葉反轉(zhuǎn)換即可得到對應的相位封裝圖，如圖ID 所示。為了讓還原的不連續(xù)狀態(tài)接合得到連續(xù)的相位分布，因此必須再利用尤拉轉(zhuǎn)換演算 以及相位還原技術(phaseimwrapping)，以還原得到連續(xù)的相位影像(如圖IE所示)，進而 重建待測物的表面形貌。如圖IF與圖IG所示，其中圖IF為待測物的三維立體還原影像， 而圖IG為待測物剖面影像。以圖IH至圖IL所示，其中圖IH為具有階高的塊規(guī)結構。根 據(jù)圖IH得到空間域(spatial domain)的條紋影像圖II之后，利用傅利葉轉(zhuǎn)換而得到頻域(frequency domain)的頻譜影像，如圖IJ所示。根據(jù)前述的C6dric Br6luzeau等人提出 的圓形中通濾波器所得的頻譜信息進行傅立葉反轉(zhuǎn)換即可得到對應的相位封裝圖，再利用 尤拉轉(zhuǎn)換演算以及相位還原技術(phase unwrapping)，以還原得到連續(xù)的相位影像，進而 重建待測物的表面形貌。如圖IK與圖IL所示，其中圖IK為待測物的三維立體還原影像， 而圖IL待測物剖面影像。根據(jù)所述剖面輪廓結果，可以發(fā)現(xiàn)利用圓形濾波器所得的階高結 構邊緣已經(jīng)因為失真而呈現(xiàn)圓弧狀，不具有直角的結構。綜合上述，因此亟需一種 相位信息讀取方法及其三維形貌測量系統(tǒng)，來解決現(xiàn)有 技術所產(chǎn)生的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是提供一種相位信息讀取方法，其是在一頻譜影像中利用可貼近 于具有相位信息的一頻譜區(qū)域的外形的中通濾波器來讀取頻譜信息，然后對所述頻譜信息 進行演算以得到關于待測物的相位信息，進而根據(jù)所述相位信息還原所述待測物的形貌。 通過橢圓形可以將頻譜影像中關于相位信息的影像完整取出，使得影像還原時得到的表面 形貌誤差更低。本發(fā)明的另一目的是提供一種三維形貌測量系統(tǒng)，其是可讀取關于待測物的一條 紋影像，并轉(zhuǎn)換所述條紋影像而形成一頻譜影像，然后再對所述頻譜影像進行影像中相位 信息讀取。其中，在所述系統(tǒng)中，利用濾波器在所述頻譜影像上具有相位信息的一頻譜區(qū)域 內(nèi)讀取一頻譜信息，所述濾波器的形狀是貼近于所述頻譜區(qū)域的外形，然后再利用影像還 原的演算法得到所述待測物的表面形貌。本發(fā)明再一目的是提供一種三維形貌測量系統(tǒng)，其是可利用條紋結構光所形成的 條紋影像或者是通過干涉所形成的干涉條紋影像，并轉(zhuǎn)換所述條紋影像而形成一頻譜影 像，然后再對所述頻譜影像進行影像信息讀取。利用發(fā)明的系統(tǒng)可以利用單一張條紋影像 即可分析物體表面形貌，節(jié)省現(xiàn)有利用多步相移還原物體表面形貌所需要的時間，以及避 免現(xiàn)有多步相移在偵測過程中因為環(huán)境振動而造成還原信息誤差的問題。為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種相位信息讀取方法，其包括有下列步驟取得 具有一物體表面形貌相位信息的一條紋影像；取得所述條紋影像的一頻譜影像，所述頻譜 影像具有關于所述物體表面形貌相位信息的一頻譜區(qū)域，所述頻譜區(qū)域具有一主要頻譜信 號區(qū)，其兩側(cè)分別具有延伸至所述頻譜影像側(cè)邊的一次要頻譜信號區(qū)；以一濾波器在所述 主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)內(nèi)讀取一頻譜信息，所述濾波器的形狀是涵蓋所述主 要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)；以及對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位 fn息ο為了達到上述目的，本發(fā)明提供一種三維形貌測量系統(tǒng)，包括一結構光條紋投射 單元，其是投射一條紋結構光至一物體上；一影像讀取裝置，其是讀取具有所述物體表面形 貌相位信息的一條紋影像；以及一控制單元，其是與所述影像讀取裝置通信連接，所述控制 單元對所述條紋影像進行處理以得到對應的一頻譜影像，所述頻譜影像具有關于所述物體 表面形貌相位信息的一頻譜區(qū)域，所述頻譜區(qū)域具有一主要頻譜信號區(qū)，其兩側(cè)分別具有 延伸至所述頻譜影像側(cè)邊的一次要頻譜信號區(qū)，以一濾波器在所述主要頻譜信號區(qū)以及次 要頻譜信號區(qū)內(nèi)讀取一頻譜信息，所述濾波器的形狀是涵蓋所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)，再對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。為了達到上述目的，本發(fā)明還提供一種三維形貌測量系統(tǒng)，包括一光源投射部， 其提供一光場；一光源調(diào)制部，其將所述光場調(diào)制成一參考光與一偵測光，所述偵測光投射 至一物體上以形成具有物體表面形貌相位信息的一測物光而與所述參考光干涉以形成一 干涉光；一影像讀取裝置，其是感測所述干涉光而形成一條紋影像(interferograms)；以 及一控制單元，其是與所述影像讀取裝置通信連接，所述控制單元對所述條紋影像進行處 理以得到對應的一頻譜影像，所述頻譜影像具有關于所述物體表面形貌相位信息的一頻譜 區(qū)域，所述頻譜區(qū)域具有一主要頻譜信號區(qū)，其兩側(cè)分別具有延伸至所述頻譜影像側(cè)邊的 一次要頻譜信號區(qū)，并以一濾波器在所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)內(nèi)讀取一頻 譜信息，所述濾波器的形狀是涵蓋所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)，再對所述頻 譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提供的相位信息讀取方法及其三維形貌測量系 統(tǒng)，其可精確讀取有效的信號頻譜作為后續(xù)影像重建的依據(jù)，以得到精確的影像形貌。


圖IA至圖IG為現(xiàn)有的利用圓形濾波器對球形物體進行表面形貌還原的各階段影 像圖。圖IH至圖IL為利用現(xiàn)有技術的局部濾波器所還原的表面形貌流程示意圖。圖2為本發(fā)明的相位信息讀取方法實施例流程示意圖。圖3A與圖3B為不同形式結構光投射至物體所讀取的條紋影像圖。圖4A與圖4B為將變形條紋影像的頻譜圖。圖4C則為頻譜的立體圖。圖4D則為圖4C的頻譜立體圖在XZ平面上具有極值區(qū)域的二維頻譜值示意圖。圖4E為第一階頻譜區(qū)域輪廓示意圖。圖5A與圖5B為橢圓形中通濾波器示意圖。圖6A與圖6B為橢圓形中通濾波器讀取頻譜信息示意圖。圖7A至圖7C為本發(fā)明不同形式的中通濾波器實施例示意圖。圖8為本發(fā)明最佳化橢圓中通濾波器流程示意圖。圖9A為本發(fā)明的三維形貌測量系統(tǒng)實施例示意圖。圖9B為本發(fā)明的三維形貌測量系統(tǒng)另一實施例示意圖。圖9C為本發(fā)明的三維形貌測量系統(tǒng)利用干涉方式產(chǎn)生條紋影像的實施例示意 圖。圖9D為本發(fā)明的三維形貌測量系統(tǒng)利用干涉方式產(chǎn)生條紋影像的另一實施例示 意圖。圖IOA至圖IOD為利用本發(fā)明的矩形中通濾波器根據(jù)相位信息讀取方法及其三維 形貌測量系統(tǒng)所得到關于一球形物體的表面形貌還原過程與結果示意圖。圖IlA至圖IlE為利用本發(fā)明的橢圓形中通濾波器根據(jù)相位信息讀取方法及其三 維形貌測量系統(tǒng)所得到關于一球形物體的表面形貌還原過程與結果示意圖。圖12A至圖12E為利用本發(fā)明的矩形迭合圓形的中通濾波器根據(jù)相位信息讀取方法及其三維形貌測量系統(tǒng)所得到關于一球形物體的表面形貌還原過程與結果示意圖。圖13A至圖13D為利用本發(fā)明的菱形中通濾波器根據(jù)相位信息讀取方法及其三維 形貌測量系統(tǒng)所得到關于一球形物體的表面形貌還原過程與結果示意圖。
圖14A與圖14B所示，所述圖為利用本發(fā)明的全區(qū)域的中通濾波器對于圖IH的結 構所還原的影像示意圖。附圖標記說明1-相位信息讀取方法；10 13-步驟；2a、2b_橢圓型濾波器； 20-中心；21-長軸；22-短軸；30-零階基頻頻譜區(qū)域；300-基頻的局部最大值；301-頂點 位置；302-短軸下邊界；31- —階頻譜的區(qū)域；310-局部最大極值；311-短軸；312-長軸； 313-頂點；314-最低點；32-二階頻譜的區(qū)域；320-局部最大極值；321-頂點；322-短軸上 邊界；323-最低點；33-濾波器；40-零階基頻頻譜區(qū)域；400-基頻的局部最大值；401-頂 點位置；402-右極限；403-短軸左邊界；41-一階頻譜的區(qū)域；410-局部最大極值；411-長 軸；412-短軸；413、414_左右極限；414-最低點；42- 二階頻譜的區(qū)域；420-局部最大極 值；421,423-左右極限；424-短軸右邊界；43、44、45、46_濾波器；47,48- 一階頻譜區(qū)域； 5-最佳化橢圓中通濾波器方法；50 57-步驟；6-三維形貌測量系統(tǒng)；60-結構光條紋投 射單元；600-條紋結構光；61-準直鏡組；62-影像讀取裝置；63-控制單元；64-物體；7-三 維形貌測量系統(tǒng)；70-光源投射部；700-光纖；71-光源調(diào)制部；710-光纖偶合器；711-準 直透鏡組；712-光柵；713-透鏡組；714-投射器；72-影像讀取裝置；73-控制單元；74-物 體；8-三維形貌測量系統(tǒng)；80-光源投射部；81-鏡組；82、87_光源調(diào)制部；83-影像讀取裝 置；84-控制單元；85a、85b-透鏡；86-分光鏡；89-物體；90,91,92-區(qū)域；910-主要頻譜 區(qū)；911、912-次要頻譜區(qū)；901、913、921-極值位置。
具體實施例方式為使貴審查委員能對本發(fā)明的特征、目的及功能有更進一步的認知與了解，下文 特將本發(fā)明的裝置的相關細部結構以及設計的理念原由進行說明，以使得審查委員可以了 解本發(fā)明的特點，詳細說明陳述如下請參閱圖2所示，該圖為本發(fā)明的相位信息讀取方法實施例流程示意圖。在本實 施例中，所述方法其是包括有下列步驟首先以步驟10讀取具有一物體表面形貌相位信息 的一條紋影像。所述條紋影像為周期性或者是非周期性的變形條紋影像(deformed fringe images)，在本實施例為非周期性變形條紋影像。在步驟10中，所述條紋影像是可通過單頻 掃描或者是雙頻掃描而得。所謂單頻掃描是指利用具有單一周期條紋的結構光投射至物體 上，然后利用影像讀取裝置讀取關于所述物體于所述單一周期的結構光下的變形條紋影像 (deformed fringe patterns)，如圖3A所示。在圖3A中，所述投射至物體的結構光僅為單 一周期P0。另外雙頻掃描的影像可以參考如圖3B所示，其是以具有雙頻結構光投射至物 體上所形成的具有雙頻周期性條紋的影像。其中，在圖3B的影像中具有兩個結構光周期P1 與P2。除了前述利用具有條紋的結構光投射至物體取得變形條紋影像之外，在步驟10中， 更可以利用現(xiàn)有的干涉式系統(tǒng)，例如麥克森式干涉系統(tǒng)或者是Mirau干涉系統(tǒng)，來使參考 光與具有待測表面形貌相位信息的測物光相互干涉而取得干涉的條紋影像。再回到圖2所示，接著進行步驟11，取得關于所述條紋影像的一頻譜影像。在本步 驟中，主要是對所述條紋影像進行傅立葉轉(zhuǎn)換，將時域的變形條紋影像轉(zhuǎn)換至頻域空間。以單頻結構光所形成的變形條紋影像為例(如圖3A所示)，當其轉(zhuǎn)換成頻域之后所形成的影 像是如圖4A至圖4D所示。其中圖4A與圖4B為將變形條紋影像的頻譜圖；圖4C則為頻譜 的立體圖；圖4D則為圖4C的頻譜立體圖在XZ平面上具有極值區(qū)域的二維頻譜值示意圖。 其中圖4D的極值位置901、913與921為圖4A中頻譜影像中的亮帶區(qū)域90、91與92的中 心位置。以圖4A為例，其中局部灰度值高的區(qū)域90是代表所述變形條紋的零階頻譜，區(qū)域 90兩側(cè)的灰度值高的區(qū)域91與92則分別代表第1階的頻譜，然后依序類推，在此不作贅 述。而具有物體表面形貌相位信息的信號區(qū)域位置為正一階91或負一階的頻譜區(qū)域92。 以正一階的頻譜區(qū)域91為例，所述頻譜區(qū)域是具有一主要頻譜信號區(qū)910，其兩側(cè)分別具 有延伸至所述頻譜影像側(cè)邊的一次要頻譜信號區(qū)911與912。再回到圖2所示，接著進行步驟12，以一濾波器在所述主要頻譜信號區(qū)以及次要 頻譜信號區(qū)內(nèi)讀取一頻譜信息，所述濾波器的形狀是涵蓋所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻 譜信號區(qū)。在說明本步驟之前，先說明基本概念，在現(xiàn)有技術中，以單頻的變形條紋影像為 例，所述影像是可以下式(1)來表示i (X，y) = a (χ, y) +b (χ, y) cos [ Φ (χ, y) ] +η (χ, y).................. (1)其中，(χ, y)為影像座標，χ與y分別為影像座標的列與行的數(shù)值；i ( x，y)為光強 度；a(x，y)為影像背景平均光強度；b(x，y)為條紋光強度變化振幅；Φ (x，y)為待測相位 信息；而n(x,y)為噪聲強度(noise intensity)。接著將φ (χ, y)區(qū)分為載波相位Φ。(χ，y) (carrier phase)和初始相位Φ。(χ， y)，如下式(2)所示。其中Φ。(χ，y)又可以定義為式⑶所示，在式(3)中f。, x與f。, y分 別為水平與垂直方面的空間頻率。Φ (χ, y) = Φ c (x，y) + Φ 0 (χ, y).................. (2)Φ c (χ，y) =231 (fc, Xx+fc> yy).................. (3)將式⑵與式(3)帶入式(1)中得到如式(4)。又因為cos[ α +β ]= cos α cos β-Sin α Sin β所以式(4)又可以推演成式(5)。i (X，y) = a (χ, y) +b (χ, y) cos [ Φ c (χ, y) + Φ 0 (χ, y) ] +η (χ, y)..................(4)i (χ, y) = a (χ, y) +b (χ, y) cos Φ c(x, y) cos Φ 0 (χ, y) _b (χ, y) sin (χ, y) sin Φ 0 (χ, y) +η (χ, y).................. (5)再將式(5)分解可得到如式(6)的結果。i(x,y) = a(x, y) + ^)[cos φε (χ, y) + j sin φ€ (χ, y)] [cos φ0 (χ, y) + y sin ^0 (χ, ^)]+ * >0[cos Φα O, y) — j sin φ, (χ,少)][cos φ0 (χ, y) - j sin φ0 (χ, y)] + η(χ,.................. (6)假設力= Ift(Xj)eXpLM5(Xj)]在帶入式(6)中，可以進一步推演得到式(7)
的結果。i (x, y) = a (χ, y) +c (χ, y)exp[j Φε(χ, y)]+c*(x, y) exp [-j Φε(χ, y)]+n (χ, y)... (7)其中傅立葉轉(zhuǎn)換為式⑶所示

…(8)將式(8)經(jīng)過傅立葉轉(zhuǎn)換可以得到如式(9)所示的結果。I (fx，fy) = A(fx，fy)+C(fx_fc,x，fy_fc,y)+C*(fx+fc,x，fy+fc,y)+N(fx，fy)... (9)同理，對于雙頻的結構光也是類似前述的推演得到如式(10)所示，其中Ceq與CeJ 為等效周期條紋(Equivalent period fringes)的頻譜信息。至于推演的技藝是屬于現(xiàn)有 的技術，在此不作贅述。I(fx, fy) = A(fx，g+CHx，f^flyHC1Hx, fy+fly)C2(fx-f2x, fy-f2y)+C2*(fx+f2x, fy+f2y) ... (10)
Ceq (fx_f3x，fy_f3y) +Ceq* (fx+f3x，fy+f3y)經(jīng)過上述的轉(zhuǎn)換后所得到的頻譜Ci = lj2(fx-fcjx,fy-fc,y)0r (Τ = 1,2( ·χ- ;,χ， ;- ^)，此信息對應于結構光投影至物體 形貌上時所發(fā)生改變的相位信息。而所述相位信息則關系到將來還原物體形貌時是否正確 的關鍵。而所述相位信息在頻譜影像的所在位置正是第一階或其他高階頻譜的所在位置， 以單頻結構光條紋為例，亦即圖4Α或者是圖4D中標號91或92的頻譜區(qū)域。為了在頻譜影像(如圖4Α)中取得所述具有相位信息的頻譜信息(第一階頻 譜)，在現(xiàn)有技術中，通常是利用二維翰林(2-D Hanning filter)或者是圓形的中通濾波 器(band-pass filter)，將所述主要頻譜信號區(qū)的頻譜信息讀取出來，再經(jīng)過后續(xù)演算而 得到相位信息，進而得到物體的三維形貌。而在本實施例中的步驟12，并非利用圓形的中通 濾波器，而是使用涵蓋第一階頻譜分布區(qū)域主要中主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)的 濾波器來取得頻譜信息。請參閱圖4A所示，區(qū)域93即為含有一階頻譜的區(qū)域，將所述區(qū)域 放大則如同圖4E所示，所述圖是第一階頻譜區(qū)域輪廓示意圖。斜線區(qū)域為具有相位信息的 頻譜信息區(qū)域。而本發(fā)明則利用不同形狀的中通濾波器來盡量貼近符合所述區(qū)域的外形。而本發(fā)明所使用的濾波器為了符合真實三維頻譜的分布情形，設計出一橢圓型濾 波器2a與2b (如圖5A及圖5B所示兩種類型)，由下式(11)表示 = 1for -a<y<a,-b<x<b 、 b a
.........(11)其中，(h，k)為對稱中心點，圖5A與圖5B的中心20的位置；a為橢圓的長軸21的 長度；b為橢圓的短軸22的長度。而橢圓形濾波器2的中心20即對應于圖4A中位于區(qū)域 91或區(qū)域92的局部最大值的位置，亦即在所述區(qū)域中具有最大灰度值的位置。利用此橢圓濾波器可正確讀取出投影條紋的較完整頻譜信息，而此濾波器可分為 兩種實施方式。第一種實施方式為，當投影結構光角度小于45度，或介于135度及180度 之間時，其濾波器應用的示意圖如圖6A所示，其是當投影結構光的角度小于45度，或介于 135度及180度之間時的頻譜影像示意圖。由于結構光可能具有傾斜角度，因此在圖6A中， 各階的頻譜區(qū)域的中心連線就會成現(xiàn)有角度的分布。其中，標號30為零階基頻頻譜區(qū)域，而標號300為基頻的局部最大值位置。零階基頻頻譜區(qū)域具有頂點位置301。而區(qū)域31為一階頻譜的區(qū)域亦即具有相位信息的區(qū)域。在所述區(qū)域31具有局部最大極值310，區(qū)域31 則分別具有頂點313與最低點314。而區(qū)域32為二階頻譜的區(qū)域，在所述區(qū)域32則具有局 部最大極值320，區(qū)域32更分別具有頂點321與最低點323。首先由已知的投光周期計算出尖峰值的位置，找出圖6A的頻譜的真實尖峰值 300，310及320。接下來決定橢圓濾波器的位置，在本實施例中，橢圓濾波器33的中心位置 是在第一階頻譜區(qū)域的尖峰值的所在的局部最大極值310，而橢圓濾波器的長軸的最大長 度是整個頻譜影像頻譜影像的在第一方向(fx)的影像長度的一半。以圖4A為例，其長軸 的最大長度L為影像于fx方向的總長度的一半。再回到圖6A所示，而其短軸的長度則小 于等于所述頻譜區(qū)域的局部最大值310位置與相鄰頻譜區(qū)域30與32在一第二方向(fy) 上最靠近所述頻譜區(qū)域31中心的一最小垂直距離。所述垂直距離的決定方式是分別尋找 區(qū)域30的頂點301以及區(qū)域32的底點323，然后向第一方向fx方向延伸。再取所述局部 最大值310與所述延伸線的垂直距離。根據(jù)前述的原則，橢圓濾波器方程式其條件如下式 (12)所示 其中，(h，k)第一階頻譜區(qū)域局部最大值310 ;fa為圖6A的長軸312的長度；fb為 圖6A的短軸311的長度，其中(310)(302)代表局部最大極值310與短軸下邊界302的距離， M(310)(322)代表局部最大極值310與短軸上邊界322的距離。另外，第二種情況為，當投光角度介于45度及135度之間時，其濾波器的示意圖如 圖6B。圖6B的示意圖中具有零階基頻頻譜區(qū)域40以及基頻的局部最大值400?；l頻譜 區(qū)域40具有頂點401。而區(qū)域41為一階頻譜的區(qū)域亦即具有相位信息的區(qū)域。在所述區(qū) 域41具有局部最大極值410，區(qū)域41的左右兩側(cè)分別具有極點413與414。而區(qū)域42為 二階頻譜的區(qū)域，在所述區(qū)域42具有局部最大極值420，區(qū)域42的左右兩側(cè)則分別具有極 點位421與423。首先由已知的投光周期計算出尖峰值的位置，找出頻譜的真實尖峰值400、410及 420，并由第一階頻譜區(qū)域41所知的尖峰值設定橢圓形濾波器43的中心位置。其長軸的最 大長度是整個頻譜影像頻譜影像的于第二方向(fy)的影像長度的一半。而其短軸的長度 則介于所述頻譜區(qū)域的局部最大值410位置與相鄰頻譜區(qū)域40與42在一第一方向(fx) 上最靠近所述頻譜區(qū)域的一最小水平距離。所述水平距離的決定方式是分別尋找區(qū)域40 的右極點402以及區(qū)域42的左極點423，然后向第二方向fy方向延伸。再取所述局部最大 值410與所述延伸線的水平距離。根據(jù)前述的原則，所設計的橢圓濾波器方程式其條件如 下式(13)所示 其中，(h，k)第一階頻譜區(qū)域局部最大值410 ;fa為圖6B中長軸411的長度；fb為圖6B中短軸412的長度，其中(410)(403)代表局部最大極值410與短軸左邊界403的距離， M(410)(424)代表局部最大極值410與短軸右邊界424的距離。
經(jīng)過上述的橢圓形中通濾波器的濾波之后，可以得到第一階頻譜區(qū)域的信息，所 述信息亦即為式(9)的C(x，y)的信息。再回到圖2所示，當在所述頻譜影像中具有相位信 息的頻譜區(qū)域中使用了橢圓形濾波器之后所得到的頻譜信息再以步驟13對所述頻譜信息 進行演算以得到對應的所述相位信息。進行的方式是對條紋C(x，y)的信息進行反傅立葉
轉(zhuǎn)換得到c(x，y)，為了將頻譜信息轉(zhuǎn)換成相位信息先對= 力exp|j>(x,力]展開
以形成如下式(14)的結果
(14)根據(jù)式(13)可以得到單一周期的相位信息如式(15)所示 至于雙頻的相位信息讀取，可利用橢圓形濾波器得到頻譜影像上的雙頻結構光條 Scn(x，y) (η = 1,2)及等效周期Crai(x，y)，此時利用反傅立葉轉(zhuǎn)換，將單一周期與等效周期 的信息轉(zhuǎn)換成相位信息，其中對應單一周期與等效周期的相位亦可分別表示成式(14)與 (15) 有了相位信息之后，可以進行相位重建。經(jīng)由傅立葉反轉(zhuǎn)換即可得到對應的相位 封裝圖。因為正切函數(shù)(tan—1)屬于不連續(xù)的函數(shù)，所以還原的相位值為不連續(xù)的狀態(tài)。為 了讓還原的不連續(xù)狀態(tài)接合得到連續(xù)的相位分布，因此必須再利用尤拉轉(zhuǎn)換與相位還原技 術(phase unwrapping)以還原得到連續(xù)的相位，進而重建物體的表面形貌。前述的反傅立 葉轉(zhuǎn)換、尤拉轉(zhuǎn)換以及影像還原重建的技術是屬于現(xiàn)有的技術，在此不作贅述。在前述中，所使用的中通濾波器為橢圓形的中通濾波器，但是實際上可以涵蓋主 要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)的中通濾波器并不限于橢圓形。請參閱圖7A與圖7C所 示，所述圖是本發(fā)明的不同形式的貼近頻譜正一階或負一階的頻譜區(qū)域外形以涵蓋主要頻 譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)的中通濾波器示意圖。在圖7A中，所述中通濾波器是菱形的 中通濾波器。菱形中通濾波器44的中心位置則在所述第一階頻譜區(qū)域47的中心位置。所 述菱形中通濾波器44的長軸b，短軸為a。在圖7B中，所述中通濾波器為矩形濾波器46，其 是貼近第一階頻譜區(qū)域48的主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)。在圖7C中，所述中通 濾波器為圓形濾波器45與矩形濾波器46的迭合由此貼近第一階頻譜區(qū)域48的外形。根 據(jù)圖7C的精神，亦可以利用迭合的精神，將多個具有不同形狀的濾波器相迭合(例如圓形 迭合橢圓形或圓形迭合菱形)，以作為中通濾波器實施的方式。前述的橢圓濾波器僅提到位置以及長短軸的決定方式，但并未提到如何最佳化所 述濾波器所涵蓋頻譜范圍的外形。接下來，本發(fā)明更以一實施例流程說明如何最佳化本發(fā)明的中通濾波器。請參閱圖8所示，所述圖是本發(fā)明以橢圓濾波器為實施例，最佳化橢圓中通濾波器流程示意圖。所述方法5是包括有下列步驟首先以步驟50讀取關于一具有參考 球面的條紋影像。本步驟基本上與圖2的步驟20類似，差異的是將步驟20中的物體以具 有已知參考特征的參考球面(例如標準參考球體)作為物體，其中所述已知參考特征包括 有真球度或者是半徑、直徑等特征。接著進行步驟51，將所述條紋影像進行傅立葉轉(zhuǎn)換以形 成一頻譜影像。然后，以步驟52，以特定頻譜范圍的一橢圓形濾波器在所述頻譜影像上具有 相位信息的一頻譜區(qū)域內(nèi)讀取一頻譜信息，所述頻譜區(qū)域是具有一主要頻譜信號區(qū)，其兩 側(cè)分別具有延伸至所述頻譜影像側(cè)邊的一次要頻譜信號區(qū)。所謂特定頻譜范圍的意義是先 以任意短軸大小的橢圓濾波器(濾波器的長軸大小以頻譜影像的大小為依歸)，并無一定 尺寸的限制。接著進行步驟53，對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。步 驟50至步驟53的流程是如圖2所示的流程一樣，其說明是如前所述，在此不作贅述。接著 進行步驟54，還原所述相位信息以得到關于所述參考球面的至少一特征值。本步驟中的特 征值，是指所述參考球面的曲率半徑以及曲度，因為本實施例的參考球面是標準球體，因此 所述特征值包含有所述球體的半徑以及真球度。接著，進行步驟55，改變所述橢圓形濾波器的頻譜范圍，并重復進行前述步驟52 至步驟54多次以得到多組關于所述參考球面的至少一特征值。本步驟改變所述橢圓濾波 器的范圍，是指在長軸不動的情況下，改變短軸的尺寸，因為根據(jù)式(12)或(13)可以了解 短軸可以在一特定范圍內(nèi)變化，因此在步驟55中，改變短軸長度，因此又可以得到一特定 頻譜范圍的橢圓形濾波器，然后再以此橢圓形濾波器重復進行步驟52至55多次，可以得到 多組的特征值組合，亦即多組的真球度以及球體半徑的信息。然后再進行步驟56，將所述多 組至少一特征值與所述參考球面的參考特征進行誤差比較。在本步驟中，因為實體的參考 球面可以利用儀器直接測量其曲率半徑以及曲度，以球體而言，即是利用精密的測量儀器 測量球體的半徑以及真圓度。然后再將每一組還原出來的真圓度與半徑與實際測量到的值 進行比較。最后再進行步驟57，選擇誤差最小的所述組至少一特征值所對應的橢圓形濾波 器的頻譜范圍為一中通濾波器。利用步驟57所決定出來的橢圓形濾波器所讀取的頻譜信 號，經(jīng)由還原之后所得到的關于物體的特征值與物體實際測量的值相比有最小的誤差，因 此所述大小的橢圓形濾波器可以用作后續(xù)測量物體的濾波器尺寸大小。請參閱圖9A所示，所述圖是本發(fā)明的三維形貌測量系統(tǒng)實施例示意圖。所述三維 形貌測量系統(tǒng)6具有一結構光條紋投射單元60 —準直鏡組61、一影像讀取裝置62以及一 控制單元63。所述結構光條紋投射單元60，其是可投射一條紋結構光600至物體64上，所 述條紋結構光600是單頻或者是雙頻的測物光。所述結構光條紋投射單元60是可由數(shù)字 光源(digital light processing, DLP)或者是液晶晶片(liquid crystal on silicon, LCOS)為主要投光光源。在本實施例中，是為數(shù)字光源(DLP)，其是經(jīng)由電腦控制條紋輸出， 使用可調(diào)變正弦式結構光(其基本原理為迭紋法)，提供了測量不同物體的方便性與多樣 性，避免物體因為曲面段差(step heights)造成相位不連續(xù)，可利用數(shù)字光源中的數(shù)字反 射元件(digital micromirror device, DMD)調(diào)變成為單(或雙)周期結構條紋，以提高其 測量階高范圍。所述準直透鏡61，其是將所述條紋結構光600導引至物體64上。在本實施 例中，所述光源調(diào)制部61是一透鏡組，其細部組合是屬于現(xiàn)有的技術，在此不作贅述。所述 影像讀取裝置62，其是設置在所述物體64的一側(cè)，以讀取關于所述物體64的一條紋影像。所述控制單元63，其是與所述影像讀取裝置62通信連接，所述控制單元63是可進行圖2以 及圖8的流程對所述條紋影像進行處理以得到對應的一頻譜影像，所述頻譜影像具有關于 所述物體表面形貌相位信息的一頻譜區(qū)域，所述頻譜區(qū)域是具有一主要頻譜信號區(qū)，其兩 側(cè)分別具有延伸至所述頻譜影像側(cè)邊的一次要頻譜信號區(qū)。并以一濾波器在所述主要頻譜 信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)內(nèi)讀取一頻譜信息，所述濾波器的形狀是涵蓋所述主要頻譜信 號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)，再對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。
請參閱圖9B所示，所述圖是本發(fā)明的三維形貌測量系統(tǒng)另一實施例示意圖。在本 實施例中基本上與圖9A相似，差異的是所述結構光條紋投射單元具有一光源投射部70所 投射的光線是通過光纖700導引至所述光源調(diào)制部71上。所述光源調(diào)制部上71以一光纖 偶合器710與所述光纖700偶接，所述光源調(diào)制部71是由一準直透鏡組711、一光柵712、 一透鏡組713以及一投射器714所構成。所述準直透鏡組711先準直由所述光源投射部70 所發(fā)出的光線，然后經(jīng)過光柵712產(chǎn)生條紋結構光后，再經(jīng)過所述透鏡組713以及所述投射 器714投射至物體74上。影像讀取裝置72讀取物體74的條紋影像?？刂茊卧?3，其是與 所述影像讀取裝置72通信連接，所述控制單元73是可進行圖2以及圖8的流程對所述條 紋影像進行處理以得到對應的一頻譜影像，并以一橢圓形濾波器在所述頻譜影像上具有相 位信息的一頻譜區(qū)域內(nèi)讀取一頻譜信息，再對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相 位信息。請參閱圖9C與圖9D所示，所述圖是分別為本發(fā)明的三維形貌測量系統(tǒng)利用干涉 方式產(chǎn)生條紋影像的實施例示意圖。在圖9C中，所述三維形貌測量系統(tǒng)8，包括有一光源 投射部80、一鏡組81、光源調(diào)制部82、一影像讀取裝置83以及一控制單元84。所述光源投 射部80，其是提供一光場，經(jīng)過一鏡組81以及透鏡85a而投射至所述光源調(diào)制部82。所述 光源調(diào)制部82，本實施例為一 Mirau式干涉光學系統(tǒng)，其將所述光場調(diào)制成一參考光與一 偵測光，所述偵測光投射至一物體89上以形成具有物體表面形貌相位信息的一測物光而 與所述參考光干涉以形成一干涉圖案經(jīng)過分光鏡86與透鏡組85b而由所述影像讀取裝置 83所感測而形成一條紋影像。所述Mirau式干涉光學系統(tǒng)的架構是現(xiàn)有的技術在此不作贅述。所述控制單元 84，其是與所述影像讀取裝置83通信連接，所述控制單元84利用圖2與圖8的流程，對所 述條紋影像進行處理以得到對應的一頻譜影像，所述頻譜影像具有關于所述物體表面形貌 相位信息的一頻譜區(qū)域，所述頻譜區(qū)域是具有一主要頻譜信號區(qū)，其兩側(cè)分別具有延伸至 所述頻譜影像側(cè)邊的一次要頻譜信號區(qū)，以一濾波器于所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜 信號區(qū)內(nèi)讀取一頻譜信息，所述濾波器的形狀是涵蓋所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信 號區(qū)。然后再以一濾波器于所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)內(nèi)讀取一頻譜信息， 所述濾波器的形狀是涵蓋所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)。再對所述頻譜信息進 行演算以得到對應的所述相位信息，進而還原所述物體89的表面形貌。如圖9D所示，基本 上所述系統(tǒng)與圖9C類似，差異的是所述光源調(diào)制部87是一麥克森式(Michelson)干涉光 學系統(tǒng)。當然，根據(jù)本案圖9C與圖9D的說明，要取得條紋影像的方式亦可利用Lirmik干 涉系統(tǒng)光學架構。此外，如圖IOA至IOD所示，所述圖是利用本發(fā)明的矩形中通濾波器根據(jù)相位信息 讀取方法及其三維形貌測量系統(tǒng)所得到關于一標準參考球形物體的表面形貌還原過程與結果示意圖。在本實施例中，利用一矩形所形成的中通濾波器(如圖IOA所示)濾得頻譜 信息。然后對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。有了相位信息之后，可 以進行相位重建。經(jīng)由傅立葉反轉(zhuǎn)換即可得到對應的相位封裝圖，如圖IOB所示。為了讓 還原的不連續(xù)狀態(tài)接合得到連續(xù)的相位分布，因此必須再利用尤拉轉(zhuǎn)換演算以及相位還原 技術(phaseimwrapping)以還原得到連續(xù)的相位影像(如圖IOC所示)，進而重建物體的表 面形貌，如圖IOD所示。請參閱圖IlA至IlE所示，所述圖是利用本發(fā)明的橢圓形中通濾波器，根據(jù)相位 信息讀取方法及其三維形貌測量系統(tǒng)，所得到關于一標準參考球形物體的表面形貌還原過 程與結果示意圖。其中，當取得如圖IB的關于球形物體的頻譜影像時，在圖IB的影像對 應一階頻譜的區(qū)域，利用一橢圓形的中通濾波器(如圖IlA所示)濾得頻譜信息。然后 對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。有了相位信息之后，可以進行相 位重建。經(jīng)由傅立葉反轉(zhuǎn)換即可得到對應的相位封裝圖，如圖IlB所示。為了讓還原的 不連續(xù)狀態(tài)接合得到連續(xù)的相位分布，因此必須再利用尤拉轉(zhuǎn)換演算以及相位還原技術 (phaseunwrapping)，以還原得到連續(xù)的相位影像(如圖IlC所示)，進而重建物體的表面形 貌，如圖IlD與圖IlE所示。請參閱圖12A至12E所示，所述圖是利用本發(fā)明的圓形迭合矩形所形成的中通濾 波器根據(jù)相位信息讀取方法及其三維形貌測量系統(tǒng)所得到關于一標準參考球形物體的表 面形貌還原過程與結果示意圖。在本實施例中，利用一圓形迭合矩形所形成的中通濾波器 (如圖12A所示)濾得頻譜信息。然后對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信 息。有了相位信息之后，可以進行相位重建。經(jīng)由傅立葉反轉(zhuǎn)換即可得到對應的相位封裝 圖，如圖12B所示。為了讓還原的不連續(xù)狀態(tài)接合得到連續(xù)的相位分布，因此必須再利用尤 拉轉(zhuǎn)換演算以及相位還原技術(phase unwrapping)以還原得到連續(xù)的相位影像(如圖12C 所示)，進而重建物體的表面形貌，如圖12D與圖12E所示。此外，如圖13A至13D所示，所述圖是利用本發(fā)明的菱形中通濾波器根據(jù)相位信息 讀取方法及其三維形貌測量系統(tǒng)，所得到關于一標準參考球形物體的表面形貌還原過程與 結果示意圖。在本實施例中，利用一菱形所形成的中通濾波器(如圖13A所示)濾得頻譜 信息。然后對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。有了相位信息之后，可 以進行相位重建。經(jīng)由傅立葉反轉(zhuǎn)換即可得到對應的相位封裝圖，如圖13B所示。為了讓 還原的不連續(xù)狀態(tài)接合得到連續(xù)的相位分布，因此必須再利用尤拉轉(zhuǎn)換演算以及相位還原 技術(phaseunwrapping)，以還原得到連續(xù)的相位影像(如圖13C所示)，進而重建物體的 表面形貌，如圖13D所示。將前述的結果整理如下表一與表二所示，所述表是利用本發(fā)明的中通濾波器與現(xiàn) 有的圓形濾波器所重建的表面形貌對參考標準球的測量真球度誤差以及參考標準面的測 量平面度誤差結果表。根據(jù)結果表示，可以發(fā)現(xiàn)本案所提出的中通濾波器所還原的結果的 確比現(xiàn)有的圓形中通濾波器所還原的結果來得好。將前述的結果整理如下表三所示，所述表是為利用本發(fā)明的中通濾波器與現(xiàn)有的 圓形濾波器所重建的表面形貌的直徑與表面積誤差結果。其中Cltl為物體的實際測量直徑、 d為物體經(jīng)還原之后的直徑；而Atl為物體的真實表面積、A為經(jīng)還原后所得到的表面積。據(jù) 結果表示，可以發(fā)現(xiàn)本案的中通濾波器所還原的表面積與直徑的結果的確比現(xiàn)有的圓形中通濾波器所還原的結果來得好。表一 __
表二 表三 另外請參閱圖14A與圖14B所示，所述圖是利用本發(fā)明的全區(qū)域的中通濾波器對 于圖IH的結構所還原的影像示意圖。由于本發(fā)明的中通濾波器可以涵蓋到正一階或者是 負一階的頻譜范圍，而取得足夠的頻譜信息。因此，利用所述頻譜信息所重建的輪廓其所具 有的塊階結構的直角度能被完整的重建。根據(jù)圖14B的重建截面輪廓與圖IL的重建截面 輪廓相比，可以明顯看出對于同樣的結構圖IH而言，形狀重建的準確度是利用本發(fā)明的中 通濾波器所讀取的頻譜信號所具有準確度比現(xiàn)有技術來得高。綜合上述，本發(fā)明提供的相位信息讀取方法及其三維形貌測量系統(tǒng)，其可精確讀 取有效的信號頻譜作為后續(xù)影像重建的依據(jù)，以得到精確的影像形貌。因此已經(jīng)可以提高 所述產(chǎn)業(yè)的競爭力以及帶動周遭產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，誠已符合發(fā)明專利法所規(guī)定申請發(fā)明所需具 備的要件，依法提發(fā)明專利的申請。以上說明對本發(fā)明而言只是說明性的，而非限制性的，本領域普通技術人員理解， 在不脫離以下所附權利要求所限定的精神和范圍的情況下，可做出許多修改，變化，或等 效，但都將落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權利要求
一種相位信息讀取方法，其特征在于，其包括下列步驟取得具有一物體表面形貌相位信息的一條紋影像；取得所述條紋影像的一頻譜影像，所述頻譜影像具有關于所述物體表面形貌相位信息的一頻譜區(qū)域，所述頻譜區(qū)域具有一主要頻譜信號區(qū)，其兩側(cè)分別具有延伸至所述頻譜影像側(cè)邊的一次要頻譜信號區(qū)；以一濾波器在所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)內(nèi)讀取一頻譜信息，所述濾波器的形狀是涵蓋所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)；以及對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。
2.如權利要求1所述的相位信息讀取方法，其特征在于，所述濾波器是選擇矩形濾波 器、橢圓形濾波器、菱形濾波器或者是至少兩種不同形狀的濾波器相迭合的組合其中之一。
3.如權利要求1所述的相位信息讀取方法，其特征在于，所述濾波器的中心是所述具 有相位信息區(qū)域上的局部最大值。
4.如權利要求2所述的相位信息讀取方法，其特征在于，所述橢圓形濾波器所具有的 一長軸長度是所述頻譜影像的在第一方向的影像長度的一半。
5.如權利要求2所述的相位信息讀取方法，其特征在于，所述橢圓形濾波器所具有的 一短軸長度是小于等于所述頻譜區(qū)域的局部最大值位置與相鄰頻譜區(qū)域在一第一方向上 最靠近所述頻譜區(qū)域的一最小垂直距離。
6.如權利要求2所述的相位信息讀取方法，其特征在于，所述橢圓形濾波器的所具有 的一短軸長度是小于等于所述頻譜區(qū)域的局部最大值位置與相鄰頻譜區(qū)域在一第一方向 上最靠近所述頻譜區(qū)域的一最小水平距離。
7.如權利要求1所述的相位信息讀取方法，其特征在于，所述條紋影像是通過一條紋 結構光投射至所述物體所形成，所述條紋結構光的夾角是大于等于0度以及小于等于180 度。
8.如權利要求1所述的相位信息讀取方法，其特征在于，所述條紋影像是通過一干涉 式光學系統(tǒng)將一參考光以及具有所述物體表面形貌相位信息的一測物光干涉而形成。
9.如權利要求1所述的相位信息讀取方法，其特征在于，其更包括有對所述濾波器進 行最佳化的步驟，所述最佳化的步驟更包括有下列步驟以特定大小的一濾波器在關于具有至少一參考特征的一參考球面的頻譜影像上具有 相位信息的一頻譜區(qū)域內(nèi)讀取一頻譜信息，所述頻譜區(qū)域是具有一主要頻譜信號區(qū)，其兩 側(cè)分別具有延伸至所述頻譜影像側(cè)邊的一次要頻譜信號區(qū)； 對所述頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息； 還原所述相位信息以得到關于所述參考球面的至少一特征值； 改變所述濾波器的頻譜范圍，并重復進行前述三個步驟以得到多組關于所述參考球面 的至少一特征值；將所述多組至少一特征值與所述參考球面的至少一參考特征進行誤差比較；以及 選擇誤差最小的所述組至少一特征值所對應的濾波器為一中通濾波器。
10.如權利要求9所述的相位信息讀取方法，其特征在于，所述特征值是真球度、半徑 以及前述的組合其中之一。
11.一種三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，包括一結構光條紋投射單元，其是投射一條紋結構光至一物體上；一影像讀取裝置，其是讀取具有所述物體表面形貌相位信息的一條紋影像；以及一控制單元，其是與所述影像讀取裝置通信連接，所述控制單元對所述條紋影像進行 處理以得到對應的一頻譜影像，所述頻譜影像具有關于所述物體表面形貌相位信息的一頻 譜區(qū)域，所述頻譜區(qū)域具有一主要頻譜信號區(qū)，其兩側(cè)分別具有延伸至所述頻譜影像側(cè)邊 的一次要頻譜信號區(qū)，以一濾波器于所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)內(nèi)讀取一頻 譜信息，所述濾波器的形狀是涵蓋所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)，再對所述頻 譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。
12.如權利要求11所述的三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述結構光條紋投射單元 更具有一光源投射部，其是可投射一測物光；以及一光源調(diào)制部，其是將所述測物光調(diào)制成具有條紋的測物光以投射至所述物體上。
13.如權利要求12所述的三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源調(diào)制部具有一光 柵元件。
14.如權利要求11所述的三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述結構光條紋投射單元 是一 DLP單元或者是LC0S單元。
15.如權利要求11所述的三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器是選擇矩形濾 波器、橢圓形濾波器、菱形濾波器或者是至少兩種不同形狀的濾波器相迭合的組合其中之一。
16.一種三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，包括一光源投射部，其是提供一光場；一光源調(diào)制部，其將所述光場調(diào)制成一參考光與一偵測光，所述偵測光投射至一物體 上以形成具有物體表面形貌相位信息的一測物光而與所述參考光干涉以形成一干涉光；一影像讀取裝置，其是感測所述干涉光而形成一條紋影像；以及一控制單元，其是與所述影像讀取裝置通信連接，所述控制單元對所述條紋影像進行 處理以得到對應的一頻譜影像，所述頻譜影像具有關于所述物體表面形貌相位信息的一頻 譜區(qū)域，所述頻譜區(qū)域具有一主要頻譜信號區(qū)，其兩側(cè)分別具有延伸至所述頻譜影像側(cè)邊 的一次要頻譜信號區(qū)，并以一濾波器在所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)內(nèi)讀取一 頻譜信息，所述濾波器的形狀是涵蓋所述主要頻譜信號區(qū)以及次要頻譜信號區(qū)，再對所述 頻譜信息進行演算以得到對應的所述相位信息。
17.如權利要求16所述的三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源調(diào)制部是一麥克 森式干涉光學系統(tǒng)。
18.如權利要求16所述的三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源調(diào)制部是一Mirau 式干涉光學系統(tǒng)。
19.如權利要求16所述的三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述光源調(diào)制部是一 Lirmik式干涉光學系統(tǒng)。
20.如權利要求16所述的三維形貌測量系統(tǒng)，其特征在于，所述濾波器是選擇矩形濾 波器、橢圓形濾波器、菱形濾波器或者是至少兩種不同形狀的濾波器相迭合的組合其中之
全文摘要
本發(fā)明是一種相位信息讀取方法及其三維形貌測量系統(tǒng)，本發(fā)明對于頻譜影像中讀取關于相位信息的過程中，提出一種利用可貼近于頻譜影像中的有效信號頻譜區(qū)域外形的中通濾波器以取得對應所述相位信息的頻譜信息。在一實施例中，利用所述方法，可以將所述中通濾波器的頻譜范圍進行最佳化，使得還原的表面形貌更精確。此外，利用所述方法，本發(fā)明更提供一三維形貌測量系統(tǒng)，其是可讀取關于一物體的條紋影像，并且利用前述的相位信息讀取方法對所述條紋影像取得相位信息，進而還原所述物體表面的形貌。
文檔編號G01B11/25GK101865674SQ20091013521
公開日2010年10月20日 申請日期2009年4月16日 優(yōu)先權日2009年4月16日
發(fā)明者何宣緯, 陳亮嘉 申請人:陳亮嘉